Чтобы не было трагедий

Как сделать угольный метан общим другом шахтера и энергетика


Существует мнение, что метан угольных пластов — враг шахтера и друг энергетика. Именно это побудило ведущие страны мира к попыткам его добычи в промышленных масштабах: с одной стороны, избавить шахтеров от грозной опасности, с другой — получить газ в качестве топлива.

Однако как друг метан угольных пластов оказался нерентабельным, а как враг он продолжает творить черные дела. Достаточно сказать, что аварии, связанные с неожиданными выбросами метана в рабочее пространство шахт, продолжаются с пугающей частотой. Только в Китае в 2018 году и январе 2019-го произошло 19 аварий с человеческими жертвами. Такая же авария в этом году произошла и в Кузбассе, на шахте имени Тихова.

За границей помогают

В США метан из угольных пластов добывают 200, а в КНР — 131 компания. В обоих случаях дотации государства составляют (в пересчете на рубли) 10 руб/м3 и 6 руб./м3 соответственно.

В России только одна компания, «Газпром добыча Кузнецк», укомплектованная высококлассными специалистами и имеющая хорошую материально-техническую базу, уже 15 лет, израсходовав несколько миллиардов рублей, пытается добиться тех же результатов, что и зарубежные коллеги. Однако сколько-нибудь заметных достижений нет. Получается классический «чемодан без ручки»: нести тяжело, а бросить жалко. Мировая практика — не всегда пример для подражания.

Попробуем подробно разобраться, что не так с нашим российским метаном. В 2011 году метан угольных пластов был признан четвертым полезным ископаемым углеводородом и внесен в соответствующий государственный реестр. Это потребовало подсчета запасов по категории С-1 и С-2 и, следовательно, получения лицензий на добычу и землеотвод. Осознавая убыточность добычи метана, желающих вкладывать инвестиции в это не нашлось.

Технологии должны быть другими

Также концептуальная ошибка заключается в том, что все методы и технологии, применяемые при добыче традиционных углеводородов, автоматически перенесены на добычу газа из угольных пластов, хотя угольный метан не только не «родственник» метану традиционных углеводородов, но даже не «сосед по дому», поскольку находится в совершенно иных геолого-технических, геофизических, термобарических, физико-химических, фильтрационных, диффузионных, механических и других условиях. Следовательно, только инновационный и комплексный подход к проблеме может реально ликвидировать «врага шахтеров» и стать другом энергетика. Потребовался наш отечественный Левша, который, образно говоря, смог бы «метановую блоху» подковать.

Пока иностранные компании пытаются модернизировать старые и неэффективные для добычи метана технологии, российская компания «Георезонанс», резидент государственного инновационного центра «Сколково», победитель инновационного рейтинга «ТехУспех-2018», провела исследования специфики свойств угольных пластов. На базе теории самоорганизации природной динамической системы здесь разработали экологически чистую энергосберегающую высокоэффективную технологию плазменно-импульсного воздействия, которая способна переводить метан из растворенного и сорбированного состояния в угле в свободное. После чего он в больших объемах легко извлекается через вертикальные скважины.

Известно, что угольный пласт весьма чувствителен к малым возмущениям и эффектам, которые являются спусковым механизмом, запускающим в действие скрытые энергетические резервы, а накопление малых возмущений является существенным фактором эволюции геологической структуры. Спонтанная самоорганизация, где движущей силой является энергия свободного газа и энергия упругого деформирования, ведет к трагическим последствиям в шахтах. Но оказалось, что эти процессы можно взять под контроль.

Выход найден

Компания разработала идеальный нелинейный широкополосный плазменно-импульсный источник направленных управляемых периодических возмущений, который при применении по отработанной методике играет роль спускового механизма, запускающего в действие скрытые энергетические резервы неразгруженного угольного пласта.

Проведенные научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы на Талдинской угольной залежи (Кузбасс) показали высокую эффективность, и сейчас технология уже внедрена в промышленное производство. В частности, в контуре лавы, которая будет разрабатываться в 2022 году, к настоящему моменту эксплуатируются 12 скважин, находящихся на расстоянии 120 метров друг от друга, сформирована гигантская депрессионная воронка, где все скважины связаны единым фильтрационным процессом.

С учетом последовательности бурения скважин в 2017-2019 годах в среднем за 500 дней извлечено более 9 млн м3 метана чистотой 97,41%. Среднесуточный дебит всех скважин составляет 19-20 тыс. м3 метана.

С учетом того, что в ноябре-декабре 2019 года вводятся в эксплуатацию еще четыре скважины, к концу 2021 года будет извлечено более 30 млн м3 метана, что позволит снизить газоносность будущей лавы до безопасного уровня. Уже в настоящее время, согласно замерам, газоносность угля снижена с 24 м3 на тонну до 16-17 м3 на тонну на площади 250х1200 м.

Это не только обеспечит безопасную работу шахтеров, но и ускорит проведение горных работ и проходку угольного комбайна, что снизит себестоимость добываемого угля.

Суточные объемы извлекаемого метана достаточны для эффективной утилизации в виде тепла, электричества или сжиженного природного газа.

Два в одном

Необходимо отметить, что конструкция скважин ничем не отличается от скважин, которые бурятся в шахтах для вентиляционных целей. Расходы на их строительство относятся к нерелевантным, иными словами, эти скважины при разработке лавы в перспективе будут использованы как чисто вентиляционные.

Концептуально расходы на плазменно-импульсное воздействие (см.примечание) и строительство скважин включаются в бюджет шахты, которые, согласно постановлению правительства РФ №455 от 10 июня 2011 года, подлежат налоговому вычету.

Таким образом, решается двуединая задача: обеспечивается безопасность и извлекается чистый метан в промышленных масштабах, что ликвидирует «врага шахтеров», а извлеченный метан становится экономически эффективным общим другом как шахтера, так и энергетика.

По оценке ученых Сибирского государственного индустриального университета (Новокузнецк), идеальным является вариант включения таких работ на стадии проектирования шахт, что даст значительное время на заблаговременную дегазацию, добычу метана и его утилизацию.

Петр Агеев,  директор по науке ООО «Георезонанс», член-корр. МАНЭБ.


БИОТ-2019